カーボンナノチューブ膜を利用した高効率分子抽出・分離技術の開発

利用碳纳米管膜开发高效分子萃取分离技术

基本信息

批准号：
10F00064
负责人：
丸山茂夫
金额：
$ 1.34万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2012
项目状态：
已结题

项目摘要

単層カーボンナノチューブ膜を用いた高い分子抽出・分離デバイスの開発を目指し,主に解析的研究を行った.昨年度に引き続き,単層カーボンナノチューブ膜を用いたガス分離技術の開発を念頭に,気体分子の単層カーボンナノチューブへの吸着現象の解析を進め,一定の結論を得た.具体的な解析手法としては,単層カーボンナノチューブ膜の主な構成要素である単層カーボンナノチューブ束を対象とし,アルカン分子吸着のグランドカノニカルモンテカルロ法計算を行った.昨年度に引き続き,単層カーボンナノチューブ束の表面に存在する異なる吸着サイトへの吸着量の,アルカン分子量,温度,圧力への依存性の検証を進めた.加えて,各吸着サイトでのアルカン分子の配向などの,吸着構造を詳細に検証することを通じて,選択性へのエントロピー効果を議論した.昨年度は,温度や圧力に依存して吸着されるアルカンに選択性が生じることを明らかにし,温度や圧力をサイクルさせることによってカーボンナノチューブ膜のガス分離への応用の可能性を見出したが,今年度はそれに加えて,現実的な熱力学的条件における選択性の有用性についてさらに検討を進めた.フガシティーと圧力の関係をRedlich-Kwongの状態方程式によって求めて計算結果を整理することによって,上記の選択性を吸着モデルで表現した.なお、混合体を取り扱う際の混合則にはLewis and Randall則を用いた.これらの成果を論文(Journal of Physical Chemistry B 2012,116,4206-4211)として発表した.

我们主要进行分析研究，目的是开发使用单壁碳纳米管膜的高性能分子萃取和分离装置。从去年开始，我们重点开发使用单壁碳纳米管膜的气体分离技术。对单壁碳纳米管上分子的吸附现象进行了分析，并得出了一定的结论。对作为碳纳米管膜主要成分的单壁碳纳米管束进行了烷烃分子吸附的大正则蒙特卡洛计算。继去年之后，我们研究了单壁碳表面存在的不同吸附位点。我们研究了吸附量对烷烃分子量、温度和压力的依赖性。此外，我们通过详细检查吸附结构（例如每个吸附位点的烷烃分子的方向）讨论了熵对选择性的影响。通过循环温度和压力，我们发现了将碳纳米管膜应用于气体分离的可能性。然而，今年，除此之外，我们进一步研究了现实热力学条件下选择性的有用性。我们使用 Redlich-Kwong 状态方程计算了逸度和压力之间的关系，并整理了计算结果，从而表达了这一点。使用吸附模型计算上述选择性。处理混合物时使用的混合定律基于路易斯定律这些结果发表在一篇论文中（Journal of Physical Chemistry B 2012, 116, 4206-4211）。